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10萬噸CO2埋地底,安全嗎?

活躍星系核_96
・2013/06/26 ・5199字 ・閱讀時間約 10 分鐘 ・SR值 493 ・六年級

Z編說:本篇原為PTT八卦版一篇關於〈台電中油硬幹 10萬噸CO2埋地底 恐誘發地震〉的回文,不過因為不是大家都會逛PTT,於是徵得原PO同意,編輯成較易閱讀的網路版。

文 / 小笨盪(cocoleeeric)國立成功大學 二氧化碳封存暨油層工程研究室 研究生

關於這就干鍵盤二氧化碳地質封存學家小弟我的事了。

台電跟中油那個計劃呢,其實我們都有涉略…學者憂心的誘發地震或氣體外洩…我覺得還好。至於全球暖化是不是騙局…呵呵呵 讓我們繼續看下去XDDD

以下內容可能有點學術。

首先,二氧化碳的地質封存主要分為兩種,一種叫做地下儲氣窖封存,另一種是鹽水層封存

地下儲氣窖封存

地下儲氣窖封存呢,就是以前啊,中油不是在台灣有挖到一些天然氣或石油嗎?那把天然氣跟石油從地底下挖出來之後…裡面應該空了吧?(會有留一點點氣體)那這些石油跟天然氣在地下已經存了幾百萬年了都沒爆炸,理論上應該不會突然心情不好就炸裂吧?所以,天才的石油工程師就開始思考…二氧化碳這種雞肋…應該可以放在那裡不會跑出來,是吧?所以,於是就開始這種類型的地質封存。

這封存方式跟我們跟國外買天然氣儲存在台灣一樣。苗栗那邊有一個全台灣最大的天然氣儲氣窖,它都存那麼多年了-天然氣噎……比二氧化碳恐怖吧……一點火就掰了-都安全了很久。

我相信這點技術中油是有的,不過現在處於人力斷層的中油,我不敢保證未來會如何啦……

這種儲存方式最有可能的洩漏點在于鑽井的井孔構造的破碎帶,不過理論上只要有嚴密的監控,是不會有大量泄漏發生,不然人就會休克。

鹽水層封存二氧化碳

至於另一種鹽水層封存二氧化碳呢……這就是中油跟台電這次所做的。我印象中台電做的好像是在彰濱工業區,打算把二氧化碳打到台灣海峽裡面去。這有什麼好處呢?…您知道,二氧化碳加水就是我們俗話說的汽水;二氧化碳加熱水,就變成溫泉…那二氧化碳加海水咧? 

就鹹汽水啊….XDDD

他們在地下找到一個溝造,台灣海峽方向上傾,認為它夠大,所以可以封存。

應該有人會問:往台灣海峽方向上傾應該會在台灣海峽漏出來吧?

這就跟二氧化碳跟水接觸後的變化有關了。二氧化碳跟鹽水接觸時會有幾種反應:溶解、離子化、跟礦化,而且在孔隙介質中還會有因毛細壓力、表面張力……等等的物理因素產生殘餘氣。以上四種東西都不是可移動的流體,不會飄到空氣中;唯一會飄到空氣中的是可移動的二氧化碳。

如果,這二氧化碳打進去的是一個有封閉構造的鹽水層(例如像一個倒放的碗),理論上二氧化碳也沒地方跑,就只能在那邊呆,然後慢慢的跟鹽水反應變成大理石。

這東西的風險在於你打的量太大時,可能會產生地層岩石破裂,然後二氧化碳就流出去了,然後台灣打的量基本上就是把小石頭丟到海裡一樣,一點感覺也沒有……國外的商轉場大多是打每年一百萬噸,人家都還頭好壯壯,台灣那個一萬噸……三年十萬噸 我說真的XX比雞腿。

中油的計劃呢,則比台電的更安全一些,畢竟人家是打洞始祖,日本都找中油幫打洞了……而且中油打在有構造封閉的地方,台電那個是打在地下;最差的狀況就是到對岸冒出來。不過依照那種量來看理論上是不可能游到對岸的,因為二氧化碳的溶解速度太快,如果你接觸面積大的話,一下子就變汽水了,剩下可以移動的二氧化碳可能少得可憐。

至於為啥我會知道那麼多….不要問,很可怕,不過如果想更瞭解二氧化碳地質封存的,歡迎討論。

其他Q&A:

Q:看不懂啦

A:看不懂噢…那這樣想好了-你把可樂放一陣子氣體跑光光了體積變多少?然後你重新再把氣體打進去,那個塑膠瓶會爆裂嗎?或許反覆操作瓶子的材質疲乏可能會壞掉。可是現在是原本一公升的可樂,氣體100C.C.跑光後剩下990C.C.的液體(氣體溶到液體裡面體積就不是一加一了),然後今天要把10C.C.的氣體打回去,請問會出事嗎?這樣解釋不知道會不會比較簡單一點點。

Q:變大理石有點酷!不過汽水的話,魚不會死翹翹嗎?

A:請注意,我們打進去的地方是鹽水層,不是直接打海水(不過也有這種做法就是了)。鹽水層的定義是指:它是地層,不過充滿鹽水。我們都知道地層是孔隙介質,利用土司麵包來比喻好了,鹽水層就是泡了鹽水的土司麵包。至於直接打海水的方式,是打在不受洋流影響的深層海水中,基本上那些地方沒有太多的經濟魚類,甚至沒有魚。另外,忘記說的是,當二氧化碳與鹽水結合時,他的比重會變大,然後就往下沈,所以不會有往上飄的疑慮。

Q:環保團體到底是真的不懂,還是唯恐天下不亂啊?

A:其實台灣的環保團體擔心的,我們都有參考國外的環團思考邏輯去做處理,所以除非是他們無理取鬧,不然我認為這件事來說,我們站得住腳(P.S.  小屁孩不是中油或台電員工,只是曾經做過這件研究案,委托人剛好是….)。然後依據本研究室怕死又想獲得國際研究認同的最高指導原則,我們做事情是小心到一篇文章可以改五十次到一百次才敢發出去,一個結果是要確認、確認、再確認,才敢說這不是實驗誤差,所以到現在還是窮窮的….因為只會講真話。

Q:能不能分析一下海水離子化跟礦化會有啥影響?

A:這不是海水離子化跟礦化的問題,而且水不會礦化;是二氧化碳跟水中的鈣離子、鉀離子會產生礦化。如果是直接打到海水中的話,我是很好奇珊瑚會不會長比較大。我們是打到海水下的鹽水層,至於影響,有可能會改變海水酸鹼值,不過…台灣打的量就跟我說的-就算是打到海裡…應該跟丟一顆小石頭到海裡一樣意思….

Q:大家都很笨 直接把二氧化碳賣給可口可樂公司不就好了?

A:其實賣可樂公司不賺噎…我會賣腳踏車公司,你沒看到腳踏車的隨身充氣瓶都是二氧化碳,一小瓶都賣幾百塊….

其實這中間賺最大的是石油公司。為啥咧?因為小弟也是鍵盤石油工程師。這件事情發生後,石油公司的角色除了賣你石油之外,你排放的二氧化碳還要花錢請他回收噢。

WHY?試想,這世界上誰最會在地上打洞?誰最會監控在地下跑的氣體?誰最有能裡把這東西從地上打到底下去?

石油公司…so…你知道的,扒你好幾層皮…

Q:所以,全球暖化到底是不是騙局?

A:關於這個問題,依照我訪問過的國際二氧化碳封存大師的說法是「你相信它就不是騙局;你不相信,他就是騙局」以上,我覺得他很中肯。

Q:天然氣壓力過大外洩可以燒掉,CO2怎處理是一門學問。

A:這就是為什麼台灣不直接打到地下儲氣窖,而是打到鹽水層的原因。因為打到鹽水層之後,只要他溶到水裡就只有往下沈的份,沒有往上飄的份。然後CO2如果少量泄漏,不處理也沒差……你家汽車還不是天天在放……

Q:然後要變成汽水需要加壓,排放到鹽層中會加壓嗎?

A:你這問題問到精髓…報紙上說的打二氧化碳,實際上是打壓縮過的二氧化碳。因為你直接打氣態的二氧化碳他的體積太大,效率不好。為了兼顧體積與流動能力,我們是依照國外研究的結果,打超臨界二氧化碳;這種二氧化碳的壓力大概等於地層800~1500公尺左右的深度的壓力。更深也可以,不過不具經濟效益,所以好像沒聽說有人做。

打超臨界的好處是,他的體積小密度高,而且流動能力跟氣體一樣好,所以打進去之後不會阻塞住。

其實中油跟台電會這樣試驗性的打二氧化碳,主要是先測試看看打這一點進去後地層會有什麼反應;畢竟你在地表沒辦法模擬地層中的真實樣貌。不過電腦模擬的部分,小的我就做過幾十個,確認風險千年內極小,而且我是假設每年打一百萬噸……連續打二十年。再者,我們有根據國外運作良好的二氧化碳封存場的經驗作參考,理論上不會出太大的問題。

Q:能不能負荷高強度的CO2氣體持續操作?

A:喔喔…你又問到重點了。管線打CO2最擔心的是酸蝕,天然氣在開採過程中也有這種問題,而且更嚴重,因為裡面可能還有硫化物等等。

至於這種問題,我對中油是很放心啦。中油的探採研究所針對這種問題有很詳盡得研究,然後品質嘛…我們研究室出去的學長,每個都很龜毛。所以,不會有問題啦。

台電是外包的門外漢,這我比較擔心…

Q:會不會為了封這10萬噸,結果排出更多CO2?

A:我跟你保證,一定會…如果只為了封這十萬….。可是如果這個成功,廠址可以繼續用,那接下來就剩下二氧化碳送到這個場址的排碳量而已。不過無可厚非,因為台灣的地質畢竟跟國外不同,要先小部份的施作,一來增加經驗,二來可以更瞭解台灣的地質條件,為未來大量封存做小型的試驗。這跟教育部的十二年國教,動不動就全台灣的學生遭殃,是相對保險安全的事情。

所以,才十萬噸理論上就該讓他試試看。不過經費要綁緊一點就是了,畢竟台電還想漲電價…

Q:會引發地震嗎?

A:有誘發地震的疑慮,這個我持保留態度。如果是中油做的比較不可能,因為他打的地方本來就充滿氣體的,所以不太會。至於地震……米國現在的水力壓裂生產頁岩氣跟頁岩油,我覺得還比較嚴重,因為那要讓地層裂….

Q:剛剛東森也在講這個欸,講到西非一個湖噴發CO2死1700人?

A:這東西很久以前中油想做二氧化碳封存時,就是被這報導給害死不敢做。你知道那是瞬間充滿二氧化碳,就跟你在一個瞬間充滿氮氣的空間一樣,你都是缺氧掛點。而如果二氧化碳泄漏,基本上會類似水火同源那邊,緩緩的、慢慢地跑出來。水火同源大家都當世界奇觀在看了,哪天它大量冒出來爆炸….我相信比二氧化碳殺傷力更強。

Q:台灣海峽不是都大陸棚地型,要打深海不是要打在東部海底?

A:如果是要深海封存,或許東部是不錯的選擇。我說的台灣海峽,是指海水下面的地層底下….

Q:若打在海裡的話,水中溶氧的氧分壓會不會改變影響海洋生態?

A:科學家是認為,打在深海不會與表面海水對流的地方,不會影響生態。不過,我不是生物學家,他們說的理論上對,可是你的顧慮不無道理。

Q:礦化之類的其實要幾百年後才知道,可信度嘛…

A:樓上說得很正確。模擬只可以提供我們參考,不能儘信。不過從構造、殘餘氣、溶解、跟離子反應其實很及時就可以看到。然後礦化,其實條件足夠的狀況下發生速率也不差,不過要有能見度(大量的礦化)需要比較長時間。

你可以試試看把二氧化碳放到溶有鈣離子,水裡看看是不是會很快地出現白色粉末。很多反應都是即時的,我們認為要百年是因為量不夠大,觀察不到忽略掉而已。

Q:請問一下, 二氧化碳溶於水中不會造成土壤酸化嗎@_@?

A:你這問題十分有趣,我這樣回答你好了:二氧化碳加水只會變成碳酸,就是不加糖不加調味色素的……XX可樂,這東西如果像下雨一樣落在你家的田地裡,的確有造成土壤酸化的可能性,不過如果是打在八百公尺深的地層,基本上不可能跑到地表來酸化你的土壤。

至於有沒有可能侵蝕地層的孔隙,我給你的答案是肯定的。如果地層中剛好有部分礦物可以溶解在碳酸中,那的確會侵蝕孔隙。

不過有趣的是,碳酸根加上鈣離子會形成碳酸鈣,就是雕刻你家大門那座大衛像的素材。這一增一減其實抵銷的機會很大……。

在我們研究模型裡,也有考慮這個因素所造成的孔隙變化。在數值模擬裡面,一千年後所看到的孔隙變化我印象中很小。

或許你會認為,那打進去的那些地層裡的水不能用嗎? 的確不能用,因為鹽度高,不是淡水;淡水還可以當地下水抽出來,不過地下水井我沒聽過有人打八百公尺的,因為要打這深度…你還是繳水費比較便宜…..

相關資料補充:

  1. 二氧化碳封存暨油層工程研究室
  2. 台灣二氧化碳地質封存潛能及安全性
  3. 呂明達、宣大衡、黃雲津、范振暉。台灣陸上二氧化碳地質封存潛能推估。九十七年九月
  4. 經濟部中央地質調查所,2009,我國二氧化碳地質封存技術研究發展規畫。
  5. 經濟部能源局,2007,二氧化碳再利用技術及地質封存潛能評估計畫。
  6. Bachu, S., Bonijoly, D., Bradshaw, J., Burruss, R., Holloway, S., Christensen, N.P., Mathiassen, O.M., 2007. CO2 storage capacity estimation:Methodology and gaps, Int. J. Greenhouse Gas Control 1, 430-443
  7. Bachu, S. and Adams, J.J., 2003. Sequestration of CO2 in geological media in response to climate change: capacity of deep saline aquifers to sequester CO2 in solution. Energy Convers. Manag. 44, 3151–3175.
  8. Doughty, C., Pruess, K., Benson, S., Hovorka, S., Knox, P., Green, C., 2001. Capacity investigation of brine-bearing sands of the Frio-Formation for geological sequestration of CO2. In: Proceedings of First National Conference on Carbon Sequestration, U.S. Department of Energy, National Energy Technology Laboratory.
  9. Ennis-King, J.P., Gibson-Poole, C.M., Lang, S.C., Paterson, L., 2003. Long term numerical simulation of geological storage of CO2 in the Petrel sub-basin, North West Australia. Proceedings of the Sixth International Conference on Greenhouse Gas Control Technologies, vol. I. Pergamon, 507–511
  10. IEA, 2008. CO2 Capture and Storage – A Key carbon abatement option.
  11. IEA, 2009. CO2 Emissions from Fuel Combustion Highlights.
  12. IPCC, 2005. Special Report on Carbon Dioxide Capture and Storage, Cambridge University Press, New York, N.Y.
  13. Juanes, R., Spiteri, E.J., Orr Jr., F.M., Blunt, M.J., 2006. Impact of relative permeability hysteresis on geological CO2 storage, Water Resources Research, vol.42
  14. Kumar, A., Noh, M.H., Sepehrnoori, K., Pope, G.A., Bryant, S.L., Lake, L.W., 2005. Simulating CO2 storage in deep saline aquifers. Carbon Dioxide Capture for Storage in Deep Geologic Formations—Results from the CO2 Capture Project, vol. 2: Geologic Storage of Carbon Dioxide with Monitoring and Verification. Elsevier, London, UK, 898–977.
  15. Perkins, E., Czernichowski-Lauriol, I., Azaroual, M., Durst, P., 2004. Long term predictions of CO2 storage by mineral and solubility trapping in the Weyburn Midale Reservoir. Proceedings of the Seventh International Conference on Greenhouse Gas Control Technologies, vol. II. Elsevier, 2093–2101.
  16. Nghiem, L., Shrivastava, V., Kohse, B., Hassam, M., Yang, C., 2009. Simulation of Trapping Processes for CO2 Storage in Saline Aquifers. Accepted for the Proceedings of the Canadian International Petroleum Conference (CIPC) 2009, Calgary, Alberta, Canada, 16‐18.
  17. Tianfu Xu, John A. Apps, Karsten Pruess, Numerical simulation of CO2 disposal by mineral trapping in deep aquifers, Applied Geochemistry, Volume 19, Issue 6, June 2004, Pages 917-936
  18. CMG, User’s Guide GEM, Computer Modelling Group Ltd., Calgary, Canada, 2009.
  19. Pruess, K. , Xu T . , Apps, J. and Garcia, J. “Numerical Modeling of Aquifer CO2 Disposal,”s SPEJ, Vol. 8, No. 1(March 2003)48-60
    Bethke, C.M. Geochemical Reaction Modelling, Oxford University Press, New York.
  20. Ziqiu Xue, Saeko Mito, Keigo Kitamura, and Toshifumi Matsuoka. “Case study : trapping mechanisms at the pilot-scale CO2 injection site, Nagaoka, Japan”. Energy Procedia, Volume 1, issue 1, February 2009, Pages 2057-2062
  21. Saeko Mito, Ziqiu Xue, and Takashi Ohsumi. “Case study of geochemical reactions at the Nagaoka CO2 injection site, Japan”. International Journal of Greenhouse Gas Control, Volume 2, Issue 3, July 2008, Pages 309-318
  22. Steefel, C.I. and Lasaga, A.C. “A Coupled Model for Transport of Multiple Chemical Species and Kinetic Precipitation/Dissolution Reactions with Application to Reactive Flow in Single-Phase Hydrothermal Systems ” American J. Science, Vol. 294(1994) , Pages 529-592
  23. Wei Zhang, Yilian Li, Tianfu Xu, Huilin Cheng, Yan Zheng, Peng Xiong. “Long-term variations of CO2 trapped in different mechanisms in deep saline formations: A case study of the Songliao Basin, China"International Journal of Greenhouse Gas Control, Volume 3, Issue 2, March 2009, Pages 161-180
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活躍星系核(active galactic nucleus, AGN)是一類中央核區活動性很強的河外星系。這些星系比普通星系活躍,在從無線電波到伽瑪射線的全波段裡都發出很強的電磁輻射。 本帳號發表來自各方的投稿。附有資料出處的科學好文,都歡迎你來投稿喔。 Email: contact@pansci.asia

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使用「藍碳」捕捉二氧化碳的速度比森林快四倍!這個方法可行嗎?——《圖解全球碳年鑑》
商業周刊
・2022/10/05 ・4523字 ・閱讀時間約 9 分鐘

國小高年級科普文,素養閱讀就從今天就開始!!

沿海濕地中的藻類、海草、紅樹林、鹽沼、和其他植物在生長過程中會吸收和捕獲二氧化碳。沿海和海洋生態系統捕獲和儲存二氧化碳的方式,稱之為「藍碳」。

被封存在海底的碳有一半以上來自這些沿岸的森林,它們捕獲二氧化碳的速度比傳統森林快了 4 倍,因為大部分的碳都進入幾米深的潮濕土壤中。以這種方式捕獲碳可以將之從大氣層中移除,降低空氣中二氧化碳的總含量。

1 公頃的紅樹林每年可以捕獲多達 8 噸的二氧化碳,遠比 1 公頃熱帶森林所能捕獲的量還要多。

在過去半個世紀以來,世界上約 30% 到 50% 的紅樹林遭到破壞

1 公頃的紅樹林每年可以捕獲多達8 噸的二氧化碳,遠比1 公頃熱帶森林所能捕獲的量還要多。圖/商業週刊

土壤的碳儲存方式

土壤是有生命的。當泥土被無數的有機微生物寄居時,就變成了土壤,成為植物生長的重要基質。

土壤還將世界上大量的碳儲存在一種物質當中,也就是所謂的土壤有機質(soil organic matter,SOM)。有機一詞在此並不是指沒有化肥或殺蟲劑,而是指存在大量的碳。通常土壤有機質含有 50% 到 60% 的碳。大多數用於農業的土壤含有 3% 到 6% 的有機質。

當植物原料(如葉子或莖)凋零掉落到土地上時,會被土壤中的微生物分解,這個過程將植物轉化為碳,並產生有機質。碳被封存在土壤中,不再以二氧化碳的形式釋放到大氣中。

當植物原料凋零掉落到土地上時,會被土壤中的微生物分解,這個過程將植物轉化為碳,並產生有機質。圖/Pixabay

犁田耕作會破壞土壤有機質和碳的儲存。耕地時,會使有機質暴露地表,更容易被微生物利用,迅速消耗土壤有機質,將二氧化碳釋放到大氣層中。每年由於耕作、侵蝕、或與氣候相關的土壤變化(如永久凍土融化),造成儲存在土壤中大約 10 到 20 億噸的碳,以二氧化碳的形式釋放回大氣層中。

土壤有機質可以保留或重建,使得大氣中的二氧化碳返回土壤長期封存。農民在施肥、將植物廢棄物(如玉米秸稈)留在田間進行分解、或種植覆蓋作物時,會增加土壤有機質。覆蓋作物是在生長季節過後、田間空無作物時種植,通常是草或三葉草,根部很深,能穿透土壤。如果在種植新的經濟作物之前讓覆蓋作物在田間分解,能夠顯著增加土壤中的有機質和碳。

最小化耕作(稱為保護性耕作)是另外一種防止土壤有機質流失(或使土壤慢慢再生)的方法。其中所謂的免耕種植,是指利用專門的播種機將種子放入一小塊翻鬆的土壤中,因此無須翻耕整片田地。

讓土壤恢復健康

泥土並不完全相同,土壤的養分含量會隨著時間根據其處理方式、和所處的環境而發生變化。

世界上三分之一的土壤已經退化到幾乎無法再支持動植物生存的地步。主要的一些原因是:

  • 土壤耕作。
  • 牛群過度放牧。
  • 砍伐和焚燒樹木和植物(砍燒耕作法)。
  • 未在冬季種植覆蓋作物。
  • 覆蓋物不足。

亞洲、歐洲、北美和南美的大型工業化農場,由於大量重植大豆、小麥、大米和玉米等商品,因而加劇了土壤侵蝕。市場和債務的經濟壓力使可持續性農業做法在短期內難以實施。

由於大量重植大豆、小麥、大米和玉米等商品,因而加劇了土壤侵蝕。圖/Pixabay

從生產的食物品質到大氣中的碳含量,土壤健康都具有深遠的影響。土壤很健康時,可以平衡水循環、並發揮避震作用以防止洪水和侵蝕。1930 年代美國西部的沙塵暴侵襲(Dust Bowl)、和 2017 年波多黎各的洪水災害,都是氣候變化的災難性衝擊、和土壤侵蝕造成的自然災害實例。這些變化會對農業產生重大影響。

根據美國農業部的說法,農民可以透過 4 種方式創造更好的土壤:

盡量減少干擾

  • 限制耕作。
  • 使化學品發揮最大效益。
  • 牲畜輪替。

強化土壤覆蓋

  • 種植覆蓋作物。
  • 使用有機覆蓋物。
  • 保留植物殘留物。

強化生物多樣性

  • 種植多種不同的覆蓋作物。
  • 利用多樣化的作物輪作。
  • 整合牲畜。

強化活根的存在

  • 減少休耕。
  • 種植覆蓋作物。
  • 利用多樣化的作物輪作。

在地方層面,一般公民可以透過投票支持可持續性農業發展的立法和政策,以及購買可持續性農業經營的產品。

房屋所有者也可以透過全年種植多樣化的植物種類,讓自然生態發展,改善其房產周圍的土壤健康,這樣能強化活躍的根系、並創造生物多樣性。

健康的土壤如何平衡水循環?圖/商業週刊

大規模改變環境的「地球工程」

如果你生起營火、或是隨意處置一台冷氣機,那就是在用個人的行動改變環境。但是,當公司和國家有意大規模改變環境時,這被稱為「地球工程」(geoengineering)。

地球工程策略聽起來像是科幻電影情節似的:在太空中部署太陽遮屏,以使部分太陽能量反射回太空,或是從大氣中吸取二氧化碳,將之送入地下層變成石頭。科學家們正在探索更多這一類大規模修補地球系統的方法,使地球降溫,但迄今為止,許多方法都成本高昂、存在爭議、也充滿著風險。

以太陽遮屏為例,雖然聽起來像部署固體金屬片,但其實是模擬大規模火山噴發時的情況,在空中噴灑出濃密的灰燼和化學物質,進而阻擋太陽能量。可能在噴氣燃料中加入化學物質,以便高空飛行的噴氣機將之擴散到高層大氣中。

超級計算機預測,以這種方式噴射到平流層的反射硫粒子,可能會產生冷卻效果,當然,也會影響降雨、降雪和季節性溫度。目前還不清楚會到什麼程度,如果天氣變化太過劇烈,就不容易挽回損失,造成人人受苦。即使可以逆轉噴灑,停止這樣的計畫也可能造成危險,因為太陽射線突然少了阻擋而導致全球氣溫和溫室氣體驟升。

至於直接從空氣中吸取二氧化碳,將之儲存在地下岩層中,歐洲和北美已有 19 家工廠做到這一點,每年吸收約1 萬噸的二氧化碳。沒有人知道這種方式可以安全地封存二氧化碳多久。

直接從空氣中吸取二氧化碳,將之儲存在地下岩層中,歐洲和北美已有19 家工廠做到這一點,每年吸收約1 萬噸的二氧化碳。圖/Pixabay

一旦出現洩漏,土壤、水和空氣可能會受到汙染,而從地下層收集氣體也可能引發微震和地震。不管怎麼說,這個過程若想要成功,也必須得降低成本、提高效率才行(目前每噸的成本高達 600 美元),我們將會需要相當多家的碳捕獲工廠,才可能有辦法消除每年所排放的數千兆噸二氧化碳,以實現 2050 年淨零排放。

不同於將二氧化碳儲存於地下岩層,鐵質施肥(iron fertilization)是以海洋為重點的選擇。這個過程是將硫酸鐵注入海水中,促進藻類大量繁殖以吸收二氧化碳,然後沉入海底。成功率參差不齊,有 5% 到 50% 的藻類增殖,沉入到足以造成封存影響的深海。然而,完全有效可能需要付出代價:過量的藻類或許也會引發有毒浮游植物的生長高峰,而將二氧化碳儲存在海洋可能會加速海水酸化。

將二氧化碳儲存在海洋可能會加速海水酸化。圖/Pixabay

地球工程是一個冒險的賭注,一些科學家表示,這對於全球氣溫的衝擊微乎其微,尤其是考慮到不採取行動造成不良後果的可能性很高。但也有科學家指出,仰賴快速的工業解決方案,可能會使人們和企業忽略對於實際減少碳排放、或停止使用化石燃料應付出的努力。

有無數的公司和國家正在單方面從事地球工程研究。預計這些實驗將在世界各地不同軌道上展開。

利用二氧化硫進行地球工程

有些工程師提出一種低成本又快速的方法來減緩氣候變化⸺整頓碳房,同時「擺脫困境」。

就像鏡子反射光線、黑色車道在夏日變得炎熱一樣,外層大氣從太陽反射的光熱,也會對全球溫度產生影響。

30 年前,菲律賓的皮納圖博(Mt. Pinatubo)發生了 100 年來最嚴重的一次火山爆發,所噴發的灰燼造成了驚人的影響:一整年地球的平均溫度下降了約 0.5° C。透過使地球大氣層反射陽光,而不是吸收,地球變得比較涼爽。

地球工程學家正專注研究此一概念,在地球外圍創造一個人為的太陽遮屏。利用特殊裝備的大型噴氣式飛機,將不同的化學物質噴灑到高層大氣中,希望能一次改變地球多年的反射率,以人為方式降低地表的平均溫度。

透過地球工程,在大氣中添加懸浮微粒來複製火山噴發的自然效果。平流層氣溶膠注入的作用:

  • 散射太陽光。
  • 讓天空更明亮一些。
  • 反射部分太陽熱量。
  • 讓地球更涼爽一些。
透過地球工程,在大氣中添加懸浮微粒來複製火山噴發的自然效果。平流層氣溶膠注入的作用:讓天空更明亮一些。圖/Pixabay

透過在大氣中注入二氧化硫、鈦、或其他化學或礦物質,可以增加行星反照率(反射率)。

太陽能地球工程透過改變地球的輻射平衡,來治療氣候變化的徵狀,這方面的科學研究稱為「平流層氣溶膠監測」(stratospheric aerosol modification,SAM)。

據估計,這種方法一年成本不到 100 億美元,在大多數的氣候變化因應措施當中只是九牛一毛。一些專家認為,只要動用幾百架飛機即可完成,而且可以比預期更早開始。

研究人員馬克.勞倫斯(Mark Lawrence)2006年指出,「對地球工程可能性的嚴肅科學研究,如克魯岑和西塞隆(Crutzen & Cicerone)發表文章中所討論的,完全沒有得到氣候和大氣化學研究界的包容」,然而,到了 2016 年,他總結道,「在這些文獻發表後的 10 年間,雖然氣候工程仍然是極具爭議性的問題,但是在更廣泛的地球科學研究領域,那種禁忌感基本上已不存在」。

這種方法,還是有許多未經測試的現實問題:

  • 這些化學物質將會使臭氧層出現什麼反應?
  • 該由哪些國家規範這個過程、又該如何決定干預措施的地點和程度?
  • 有什麼辦法能阻止組織和國家單方面進行?若有國家想要暖化加劇、或是有億萬富翁只是想要名利,該如何處理?
  • 這將對人類、動物、植物、和海洋的健康造成什麼影響?
  • 我們準備好長久持續進行了嗎?如果沒有,一旦陷入了相對低成本和快速的解決方案,又該如何下決心停止呢?

——本文摘自《圖解全球碳年鑑:一本揭露所有關於碳的真相,並即時改變之書》,2022 年 9 月,商業周刊,未經同意請勿轉載。

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商業周刊
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首度解密電力研發基地!台電今起電幻 1 號所秀 25 項研究成果
PanSci_96
・2022/09/14 ・1529字 ・閱讀時間約 3 分鐘

你知道台電有個電力研發基地嗎?台電綜合研究所因應電力研發試驗需求設立,至今已超過 20 年,平均每年進行近 400 項研究專案,是我國電力研究重鎮,今年更首次公開展出研究成果,舉辦「綠潮-2022 台電綜合研究所成果展」,今(14)日在板橋車站旁、全台首座綠能主題展館的「電幻 1 號所」盛大開展。台電表示,此次共展出 25 項電力研究成果,將電力專業知識轉化為與你我相關「看得懂的研究」,今日起免費展出至 10 月 14 日,歡迎民眾一同探索、揭開電力研發基地神秘面紗。

台電今日上午於電幻 1 號所舉辦「綠潮-2022 台電綜合研究所成果展」開幕活動,現場由中央研究院院長廖俊智、國家實驗研究院院長林法正及台電代理董事長曾文生等各界貴賓共同為展覽揭開序幕,並於希爾頓酒店舉辦「智能綠電新未來論壇」,邀請美國電力研究所(EPRI)、亞太能源研究中心(APERC)及彭博新能源財經(BNEF)分享國際電業趨勢,與產官學界進行深度對談。

台電說明,台電研發機構最早可追溯到1968年創立的「電力研究所」,隨研究需求及規模擴張,2001 年正式成立「綜合研究所」至今,扮演著支撐穩定供電、帶動能源轉型的電力核心技術關鍵研究單位,台電綜研所近年積極投入低碳能源與友善環境相關研究,並持續與美國電力研究所(EPRI)、彭博新能源財經(BNEF)等組織進行國際技術交流,以科學研究務實推動能源轉型。

台電指出,此次成果展以「綠潮」為主題,取自「綠」能與國際浪「潮」,突顯綜研所除致力綠能研究,更時刻與國際接軌。展覽共分為「Future、Power、Smart、Green」四大展區,展出 25 項電力研究成果,並第一次與YouTube影音平台訂閱超過 40 萬人、全台最大知識科普社群 PanSci 泛科學合作,將專業電力知識轉譯,搭配擬真模型、解說影片及 VR 裝置等生動有趣互動模式,主打「看得懂的研究」首次對外展出,期望打開民眾對電力的想像與視野。

台電也分享展覽 3 大「必看亮點」,首先推薦「Future」展區可看見未來智慧城市樣貌的「未來電桿」。台電說明,全國電桿數量超過 300 萬支,隨時都可能有各種如颱風天災等突發狀況,台電讓電桿搭載感測器,並結合 AI 影像辨識技術人工智慧及物聯網技術,使電桿具有自動檢測控制功能,目前先於桃園、新竹地區試驗,未來廣泛布建後,除可遠端即時掌握電桿狀態、提升搶修維護效率,更可讓電力線路基礎設施成為能源網路,甚至是城市資訊數據的傳輸平台。

而國際正夯的「碳捕捉」技術也可在展覽中的「Green」展區一探究竟,台電將位於台中電廠已實際投入發電機組排碳捕捉的碳捕集設備,打造成結合科技感互動與聲光展示的「超擬真」模型,直接搬到展場。此設備未來更將以年碳捕捉量 2000 噸為目標。

台電綜合研究所所長鍾年勉(左)向中央研究院院長廖俊智(中)及台電代理董事長曾文生(右)講解台中減碳園區碳捕捉流程。

台電此次展覽亦第一次對外發表國內首創的「產業動態指數」,綜研所分析近3萬具高壓智慧電表所收集的電力大數據,並依據產業用電特性,結合生產力指數、節假日及氣象等多元資料,透過 AI 模型演算,建構出可每日即時更新的經濟領先指標「產業動態指數」,目前已透過 B2B 商業模式,提供企業作為產業發展分析重要依據。

台電表示,此次綜研所成果展自今日開幕,將於電幻1號所展出至 10 月 14 日(開館時間 10:00-18:00,週一休館),歡迎有興趣的民眾前來探索台灣電力研發基地的神秘面紗!

台電綜研所成果展分為「Future、Power、Smart、Green」四大展區,將於電幻1號所展出至10月14日。
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每年有一千萬公頃的森林消失!把樹種回去,就可以解決問題了嗎?──《牛津通識課|再生能源:尋找未來新動能》
日出出版
・2022/07/19 ・1997字 ・閱讀時間約 4 分鐘

國小高年級科普文,素養閱讀就從今天就開始!!

碳捕捉:把電廠排出來的二氧化碳再抓回去!

一九九〇年代,尚未開發出風能和太陽能,當時對氣候變遷的擔憂日益增加,因此有人建議捕捉和儲存那些從化石燃料發電廠排放出來的二氧化碳,如此就可將其轉變成一種低碳電力。

碳捕捉主要是透過化學反應將煙道氣(flue gas)中的二氧化碳分離出來,然後再將其壓縮液化,泵入地下洞穴,例如含水層或是廢棄的油氣田。

同時要針對傳統的發電機開收排放二氧化碳的費用。這將鼓勵電廠採用碳捕捉技術,不過前提是碳價要夠高,超過捕捉和封存二氧化碳的成本。

然而,即使在龐大的歐盟市場,碳的價格也從未高到足以讓碳捕捉在電力生產中具有競爭力,而且真正在運作的碳捕捉工廠很少。

碳捕捉將煙道氣(flue gas)中的二氧化碳分離出來,然後再加工處理。圖/Envato

即使如此,捕捉二氧化碳排放依舊可望成為一種脫碳方法,在未來某些產能製程中合乎成本效益。一個例子是將天然氣轉化為氫氣,這還能用於加熱和製造燃料電池,或用於生產水泥以及甲醇和氨等重要工業化學品。

碳捕捉的各種可行性:直接從空氣抓?多種一點樹?

也有人認真思考過直接從空氣中捕捉二氧化碳的可行性,因為目前我們所面對的現實非常危險,即二氧化碳排放量下降的速度恐怕來不及讓上升溫度控制在攝氏 1.5 度內。

種植更多的樹木可能是最簡單也最便宜的方法,但首先必須遏止每年大量的伐林問題。

每年約有一千萬公頃的森林遭到砍伐,用於種植大豆、棕櫚油和其他作物,以及放牧牲畜。這樣的伐林導致全球每年約 10% 的二氧化碳排放量和生物多樣性的重大損失。

目前二氧化碳排放量下降的速度沒辦法使上升的溫度控制在 1.5°C 內,再加上樹木被大量的砍伐,導致全球每年約 10% 的二氧化碳排放量和生物多樣性的重大損失。圖/Envato

此外,封存大量二氧化碳所需的樹林面積也相當大──約要美國國土面積的四分之一,需要超過六年,甚至幾十年的時間才能讓樹木長到成熟,每年只能吸收平均全球燃燒化石燃料的 10% 排放量。

而在成長期過後,還需要更換樹木,因為在建築中也會使用到木材。有人建議,可以燃燒林業的廢棄物來產生能量(熱或電),並捕捉和封存排放出來的二氧化碳。

這種生質能源的碳捕捉尚有爭議,必須要確保改變土地利用的這項變動最後的結果是產生淨負排放,而不是增加碳的排放量。此外,這種方法尚在開發中,可能會與其他對可耕地和淡水的需求產生競爭關係。

多種樹,真的可以救地球嗎?事情可沒有我們想的那麼簡單!圖/Pixabay

不過,可以使用化學吸收器直接從空氣中捕捉二氧化碳,這種方法比生質能源更緻密、更可靠, 只是目前的價格較為昂貴。

奧利金能源公司(Origen Power)正在開發將碳捕捉與具有商業價值的石灰生產相結合,這樣的製程可望降低成本。

吸碳新創公司「Carbon Engineering」也在開發另一種方法,是使用與二氧化碳接觸會形成碳酸鈣的氫氧化鉀。整個過程以石灰來合成氫氧化鉀,形成碳酸鈣,然後將其加熱,釋放出二氧化碳,進行壓縮和封存──這時便會再度合成石灰。他們預估,以這種方式捕捉二氧化碳的成本可望降低至每噸 100 美元。

碳捕捉的展望與未來

為了增加產值,可以將捕捉來的二氧化碳與氫結合(比方說以再生電力來電解水,製造出氫氣),這可用來合成低碳燃料,取代汽油、柴油或航空燃料,這樣一來,其總排放量會遠低於某些生質燃料。

若是要捕捉和封存燃煤發電廠排放的二氧化碳,電力成本會增加約 60%,而使用再生能源來發電,成本則低得多。

然而,隨著空氣碳捕捉的研發和大量投資,再加上在某些工業製程中捕捉二氧化碳,以及重新造林,預估到二〇五〇年時,碳捕捉可能會吸收掉全球年排放量的 10%。

到二〇五〇年,再生能源和核能的總發電量可能接近當前全球需求量的 90%,透過碳捕捉,全世界可能會達到二氧化碳淨零排放。但要處理大量再生電力,電網在輸送和分配上需要適應風場和太陽光電場輸出量的種種變數,因此發展儲能設備非常重要。

——本文摘自《牛津通識課|再生能源:尋找未來新動能》,2022 年 6 月,日出出版,未經同意請勿轉載。

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